JP2010139389A - Capacitance type position detector - Google Patents

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Hiroyuki Uchida
裕之 内田
Mitsuyuki Taniguchi
満幸 谷口
Shunichi Otaka
俊一 尾高
Isao Kariya
功 仮屋
Hidetoshi Mitsui
秀年 三ツ井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type position detector which performs integration processing with a signal obtained from a mover and can obtain position data with high resolution. <P>SOLUTION: A reference signal S1 from an exciting circuit 30 and a detection signal S2 outputted from the capacitance type position detector 100 are shaped in a waveform respectively. The signals S1 and S2 shaped in the waveform are inputted respectively to an integration type phase difference measuring circuit 51 and electric angle data are computed. The computed electric angle data are converted into the position data by an electric angle-position converting means 52. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固定され回転しない固定子と回転運動する回転子の相対回転位置を検出する検出器に関し、特に回転子から得た信号を内挿処理して高い分解能で回転位置を得ることができる静電容量型位置検出器に関する。   The present invention relates to a detector for detecting the relative rotational position of a fixed and non-rotating stator and a rotating rotor, and in particular, a rotational position can be obtained with high resolution by interpolating a signal obtained from the rotor. The present invention relates to a capacitive position detector.

回転体の回転情報を検出するセンサとして静電容量型位置検出器が知れられている。静電容量型位置検出器は、高周波信号を用い高感度で回転体の回転情報を取得することが可能であり、静電容量結合の原理を用いるため薄型の電極構造とすることができ、検出器を小型化できる。   A capacitive position detector is known as a sensor that detects rotation information of a rotating body. Capacitance type position detectors can acquire rotation information of a rotating body with high sensitivity using high-frequency signals, and can use a thin electrode structure because of the principle of capacitive coupling. The device can be downsized.

特許文献1に開示される静電容量型位置検出器は、回転軸により本体に回転可能に取付けられた回転板と、この回転板に対向配置するように本体に取付けられた回転板12とを含み、回転板に対する回転板の回転変位量を検出するものである。   The capacitance type position detector disclosed in Patent Document 1 includes a rotating plate that is rotatably attached to a main body by a rotating shaft, and a rotating plate 12 that is attached to the main body so as to be opposed to the rotating plate. Including the rotational displacement of the rotating plate relative to the rotating plate.

固定板の表面には、複数の送信電極が円周方向に沿って等間隔に配列されている。この送信電極には電圧印加回路により順次所定の位相をずらした正弦波あるいは矩形波が印加され8相電極を1単位とするユニット電極群が複数形成されている。
また、回転板の表面には、ユニット電極群と同数の受信電極がそれぞれ各ユニット電極群に含まれる連続した所定の送信電極に対して対向するように配列されている。
On the surface of the fixed plate, a plurality of transmission electrodes are arranged at equal intervals along the circumferential direction. A plurality of unit electrode groups each having an 8-phase electrode as a unit are formed on the transmission electrode by applying a sine wave or a rectangular wave sequentially shifted in a predetermined phase by a voltage application circuit.
Further, the same number of reception electrodes as the unit electrode groups are arranged on the surface of the rotating plate so as to face each of the predetermined continuous transmission electrodes included in each unit electrode group.

特開昭61−105421号公報JP 61-105421 A

静電容量型位置検出器では、複数の送信電極板を等間隔に配置し、各励振電極に所定の位相をずらした交流電圧を印加するとともに、これらの励振電極に対向して結合電極を配置し、この励振電極と結合電極の相対位置を結合電極から検出される静電容量信号の周期を分析して求めている。小型、軽量であることから、静電容量型位置検出器を用いて回転体などの移動体の位置検出を高い精度で求める必要性が高まっている。   In the capacitive position detector, a plurality of transmission electrode plates are arranged at equal intervals, an alternating voltage with a predetermined phase is applied to each excitation electrode, and a coupling electrode is arranged opposite to these excitation electrodes. The relative position between the excitation electrode and the coupling electrode is obtained by analyzing the period of the capacitance signal detected from the coupling electrode. Because of the small size and light weight, there is an increasing need to obtain the position detection of a moving body such as a rotating body with high accuracy using a capacitance type position detector.

そこで、本発明の目的は、移動子から得た信号により積分処理して高い分解能で位置データを得ることができる静電容量型位置検出器を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a capacitive position detector capable of obtaining position data with high resolution by performing integration processing with a signal obtained from a moving element.

本願の請求項1に係る発明は、固定子と、該固定子に対向し相対移動する移動子とを備え、前記固定子は、周期的に配置され互いに電気的に独立した複数の励振電極からなる複数組の励振電極群と、前記励振電極群と電気的に独立した受信電極を有し、前記移動子は、前記励振電極群と対向して周期的に配置された複数の結合電極と、前記複数の結合電極の全てが電気的に接続される前記受信電極と対向して配置された送信電極とを有し、前記移動子は前記励振電極群と同じ数の結合電極を有するものであり、前記励振電極群の各励振電極にそれぞれ周波数が同一で位相の異なる励振信号を印加し、前記固定子と前記移動子の前記相対位置によって変化する前記受信電極により検出される検出信号と、前記励振電極に印加される励振信号のうちのいずれか1つである基準信号との位相差を測定する位相差測定回路と、前記位相差測定回路によって測定された前記位相差に基づいて前記移動子の相対位置を検出する静電容量型位置検出器であって、前記位相差測定回路は、あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第1の場合に所定の電流の出力を開始し、あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第2の場合に電流の出力を停止する電流供給回路と、前記電流供給回路からの電流を蓄えるコンデンサと、上記第2の場合に前記コンデンサの端子間電圧をホールドおよびサンプリングし、サンプリング完了後に完了信号を出力するホールド/サンプル回路と、前記ホールド/サンプル回路の完了信号により前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路と、前記サンプリングにより得られた電圧データを位相差に相当する電気角データに変換し、暫定電気角データして出力する電圧−電気角変換回路と、電気角データを格納するレジスタAとレジスタBの2つのレジスタと、前記暫定電気角データと前記レジスタAに格納された前回の暫定電気角データとの関係を評価する差分比較処理部と、を有し、前記差分比較処理部は、前記位相差を数値的に取得する時間間隔に対して、移動子の速度の絶対値は、一つの励振電極群の1/2周期を前記時間間隔で除した値未満で使用される条件において、前記暫定電気角データから前回の暫定電気角データを引いた差である電気角変化量が、−180度より大きく、+180度未満の場合は前記レジスタBに保持されているデータは更新されず、前記レジスタAに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、前記電気角変化量が−180度以下の場合は、前記レジスタBに保持されているデータに1周期加算し、前記レジスタAに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、前記電気角変化量が+180度以上の場合は、前記レジスタBに保持されているデータから1周期減算し、前記レジスタAに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、前記レジスタAのデータを1周期内電気角データとして、また、前記レジスタBのデータを周期数データとして出力し、前記位相差測定回路からの出力を位置のデータに変換する変換回路と、を備えたことを特徴とする静電容量型位置検出器である。   The invention according to claim 1 of the present application includes a stator and a movable element that moves relative to the stator, and the stator includes a plurality of excitation electrodes that are periodically arranged and electrically independent from each other. A plurality of sets of excitation electrodes, and a receiving electrode electrically independent of the excitation electrodes, and the movable element includes a plurality of coupling electrodes periodically disposed to face the excitation electrodes. A transmission electrode disposed opposite to the reception electrode to which all of the plurality of coupling electrodes are electrically connected; and the movable element has the same number of coupling electrodes as the excitation electrode group. Applying excitation signals having the same frequency and different phases to the respective excitation electrodes of the excitation electrode group, and detecting signals detected by the reception electrodes that change according to the relative positions of the stator and the mover, and The excitation signal applied to the excitation electrode A phase difference measurement circuit that measures a phase difference with a reference signal that is any one of the above, and a capacitance type that detects a relative position of the moving element based on the phase difference measured by the phase difference measurement circuit A position detector, wherein the phase difference measurement circuit starts outputting a predetermined current in a first case where a state of the predetermined reference signal and the detection signal is established, and the predetermined reference signal A current supply circuit that stops current output in the second case where the state of the signal and the detection signal is established, a capacitor that stores current from the current supply circuit, and a voltage across the terminals of the capacitor in the second case Is held and sampled and a completion signal is output after completion of sampling. A discharge circuit that discharges the charged electric charge, a voltage-electric angle conversion circuit that converts the voltage data obtained by the sampling into electrical angle data corresponding to a phase difference, and outputs the electrical angle data as provisional electrical angle data, and electrical angle data A register A and a register B to be stored; and a difference comparison processing unit for evaluating a relationship between the provisional electrical angle data and the previous provisional electrical angle data stored in the register A, and the difference The comparison processing unit uses the absolute value of the velocity of the moving element less than the value obtained by dividing 1/2 period of one excitation electrode group by the time interval with respect to the time interval for numerically acquiring the phase difference. When the electrical angle change amount, which is a difference obtained by subtracting the previous provisional electrical angle data from the provisional electrical angle data, is greater than −180 degrees and less than +180 degrees, the data stored in the register B is The data held in the register A is updated to the provisional electrical angle data. When the electrical angle change amount is −180 degrees or less, the data held in the register B is updated. Add one cycle, update the data held in the register A to the provisional electrical angle data, and subtract one cycle from the data held in the register B when the electrical angle change amount is +180 degrees or more The data held in the register A is updated to the provisional electrical angle data, the data in the register A is output as electrical angle data in one cycle, and the data in the register B is output as cycle number data. A capacitance type position detector comprising: a conversion circuit that converts an output from the phase difference measurement circuit into position data.

請求項2に係る発明は、「有効」及び「無効」の意味を持つ2値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、前記時間ゲート信号は、予め決められた基準信号の1周期内に1回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた前記検出信号の1周期内に1回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、前記ホールド/サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型位置検出器である。   The invention according to claim 2 includes a time gate circuit that outputs a binary time gate signal having the meanings of “valid” and “invalid”, and the time gate signal is within one cycle of a predetermined reference signal. When the time gate signal is valid, the current supply circuit is valid when the feature point appears once and becomes invalid when the feature point appears once within a predetermined period of the detection signal. The hold / sample circuit is controlled to perform a hold operation and a sampling operation when the time gate signal becomes invalid after the time gate signal becomes valid after being controlled to output a predetermined current. The capacitance type position detector according to claim 1.

請求項3に係る発明は、「有効」及び「無効」の意味を持つ2値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、前記時間ゲート信号は、予め決められた前記検出信号の1周期内に1回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた基準信号の1周期内に1回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、前記ホールド/サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型位置検出器である。   The invention according to claim 3 includes a time gate circuit that outputs a binary time gate signal having the meanings of “valid” and “invalid”, and the time gate signal is a period of the predetermined detection signal. This is a signal that becomes valid with a feature point that appears once within, and becomes invalid with a feature point that appears once within one period of a predetermined reference signal, and the current supply circuit is effective when the time gate signal is valid. The hold / sample circuit is controlled to perform a hold operation and a sampling operation when the time gate signal becomes invalid after the time gate signal becomes valid after being controlled to output a predetermined current. The capacitance type position detector according to claim 1.

本発明により移動子から得た信号により積分処理して高い分解能で位置データを得ることができる静電容量型位置検出器を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a capacitive position detector capable of obtaining position data with high resolution by performing integration processing using a signal obtained from a moving element.

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1は、静電容量型位置検出器に用いられる固定子を説明する図である。固定子10は中心部に固定子の貫通孔15を有する円板形状の固定板であり、その一方の表面に固定子10の径方向に伸びる複数の励振電極11が一定の間隔で設けられ、それらは一定の周期で互いに電気的に接続されている。その周期に対応した多相の電源により励振電極11を励振し、励振電極11が設けられた固定子10の表面に所定の位相で進行波電圧が発生する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining a stator used in a capacitive position detector. The stator 10 is a disk-shaped fixing plate having a stator through-hole 15 in the center, and a plurality of excitation electrodes 11 extending in the radial direction of the stator 10 are provided at regular intervals on one surface thereof. They are electrically connected to each other at regular intervals. The excitation electrode 11 is excited by a multiphase power source corresponding to the period, and a traveling wave voltage is generated at a predetermined phase on the surface of the stator 10 provided with the excitation electrode 11.

固定子10は表面が絶縁性で剛性を持つ基板材料であればよく、例えば、ガラスエポキシ材、紙−ベークライト積層材、ガラス、アルミナ等のセラミックや、鉄、アルミニウム等の金属やシリコン等の半導体板にセラミックを溶射したり、絶縁樹脂をコーティングしたり、絶縁ビーズを配置して浮かせ空気層を形成し絶縁したものであればよい。   The stator 10 may be a substrate material having an insulating surface and rigidity. For example, a glass epoxy material, a paper-bakelite laminated material, a ceramic such as glass or alumina, a metal such as iron or aluminum, or a semiconductor such as silicon. Any material may be used as long as the plate is thermally sprayed with ceramic, coated with an insulating resin, or insulated beads are arranged to float to form an air layer.

固定子10に設けられる励振電極11などの各導体は、圧延銅箔、蒸着クロム等の導体をフォトエッチングで除去して形成したり、銀やカーボン等の導体インクをインクジェット、シルクスクリーン、オフセット印刷等で形成することができる。   Each conductor such as the excitation electrode 11 provided on the stator 10 is formed by removing a conductor such as rolled copper foil or vapor-deposited chrome by photo-etching, or a conductive ink such as silver or carbon is inkjet, silkscreen, or offset printing. Etc. can be formed.

図1の例では4つの励振電極11で一つの励振電極群16を構成しており全体で10組の励振電極群16が形成されている。それぞれの励振電極群16に含まれる同じ順番の各励振電極11は、互いに電気的に接続されており、その配線は図中、実線または破線の線として示されている。実線で示される配線は励振電極11が設けられている面と同じ面に配置され、破線で示される配線は励振電極11が設けられている面と反対側の面に配置されていることを示している。   In the example of FIG. 1, four excitation electrodes 11 constitute one excitation electrode group 16, and ten excitation electrode groups 16 are formed as a whole. The excitation electrodes 11 in the same order included in each excitation electrode group 16 are electrically connected to each other, and the wiring is shown as a solid line or a broken line in the drawing. The wiring shown by the solid line is arranged on the same surface as the surface on which the excitation electrode 11 is provided, and the wiring shown by a broken line is arranged on the surface opposite to the surface on which the excitation electrode 11 is provided. ing.

図1の例では、励振電極11は4つおきに通電導体12および給電導体13を介して互いに電気的に接続されている。そして、4つの相を有する励振手段により各相の励振電極11が励振される。1つの励振電極群16を構成する4つの励振電極11は互いに電気的に独立しているため、各励振電極群16の各励振電極11を電気的に接続するために、スルーホール技術を用いて各励振電極11、各リング状の通電導体12、各給電導体13が電気的に接続される。スルーホール技術はプリント板製造技術として一般的に用いられる技術である。   In the example of FIG. 1, every fourth excitation electrode 11 is electrically connected to each other via a current carrying conductor 12 and a power feeding conductor 13. And the excitation electrode 11 of each phase is excited by the excitation means which has four phases. Since the four excitation electrodes 11 constituting one excitation electrode group 16 are electrically independent from each other, a through-hole technique is used to electrically connect the excitation electrodes 11 of each excitation electrode group 16. Each excitation electrode 11, each ring-shaped conducting conductor 12, and each feeding conductor 13 are electrically connected. The through-hole technique is a technique generally used as a printed board manufacturing technique.

また、固定子10の中心部に励振電極11が形成された面に、励振電極11と電気的に独立したリング形状の受信電極14が設けられている。受信電極14には受信した検出信号を外部に出力するための検出信号出力部17が設けられている。   A ring-shaped receiving electrode 14 that is electrically independent of the excitation electrode 11 is provided on the surface of the stator 10 on which the excitation electrode 11 is formed. The reception electrode 14 is provided with a detection signal output unit 17 for outputting the received detection signal to the outside.

図1では受信電極14は励振電極11と同じ面上で、かつ内周側に配置されているが、後述する移動子20の送信電極22と静電容量結合して検出信号を受信できればよいので、励振電極と同じ面側に配置する必要はなく反対側の面に設けてもよい。また、受信電極14を内周側に設けたのは移動子20の送信電極22に対向して配置するからであり、送信電極22が外周側に配置された場合には受信電極14を固定子10の外周側に配置する。   In FIG. 1, the receiving electrode 14 is disposed on the same surface as the excitation electrode 11 and on the inner peripheral side. It is not necessary to dispose on the same surface side as the excitation electrode, and it may be provided on the opposite surface. Further, the reason why the receiving electrode 14 is provided on the inner peripheral side is that it is disposed opposite to the transmitting electrode 22 of the moving element 20, and when the transmitting electrode 22 is disposed on the outer peripheral side, the receiving electrode 14 is disposed on the stator. 10 on the outer peripheral side.

また、固定子10に形成された固定子の貫通孔15は静電容量型位置検出器の必須の構成要件ではなく、使用上の便宜を図るための構成であって、使用上固定子の貫通孔15が必要なければ設けなくてもよい。   Further, the stator through-hole 15 formed in the stator 10 is not an indispensable constituent element of the capacitive position detector, but is a structure for convenience of use, and the stator through-hole in use. If the hole 15 is not necessary, it may not be provided.

図2は、静電容量型位置検出器に用いられる移動子を説明する図である。移動子20は中心部に移動子の貫通孔23を形成した円板形状の回転体であり、その片側の表面に移動子20の径方向に伸びる複数の結合電極21が形成されている。図2に示される例では、10個の結合電極21が設けられている。それらの結合電極21は全てが移動子20の中心部に形成されたリング形状の送信電極22と電気的に接続され、単相の検出電極を構成する。   FIG. 2 is a diagram for explaining a moving element used in the capacitive position detector. The moving element 20 is a disk-shaped rotating body in which a through-hole 23 of the moving element is formed at the center, and a plurality of coupling electrodes 21 extending in the radial direction of the moving element 20 are formed on one surface thereof. In the example shown in FIG. 2, ten coupling electrodes 21 are provided. All of these coupling electrodes 21 are electrically connected to a ring-shaped transmission electrode 22 formed at the center of the moving element 20 to constitute a single-phase detection electrode.

そして、固定子10の励振電極11が形成された面と移動子20の結合電極21が形成された面とが対向するように、固定子10と移動子20を位置決めすることにより、複数の結合電極21から構成される検出電極は、固定子10側の励振電極11に生じる進行波電圧を静電誘導の原理により検出する。   Then, by positioning the stator 10 and the mover 20 so that the surface of the stator 10 on which the excitation electrode 11 is formed and the surface of the mover 20 on which the coupling electrode 21 is formed, a plurality of couplings are obtained. The detection electrode composed of the electrode 21 detects the traveling wave voltage generated in the excitation electrode 11 on the stator 10 side by the principle of electrostatic induction.

検出電極に検出される信号は、固定子10のそれぞれ位相の異なる複数の励振電極11の電荷と結合電極21の結合度により変化し、その合成結果として固定子10と移動子20の相対角度位置で決まる位相の単相交流信号として現れる。移動子20が励振電極11の相数分回転移動すると、最初と同じ位相の単相交流信号が発生し、さらに移動するとその位相の変化が繰り返される。   The signal detected by the detection electrode changes depending on the charge of the plurality of excitation electrodes 11 having different phases of the stator 10 and the degree of coupling of the coupling electrode 21, and as a result of the synthesis, the relative angular position of the stator 10 and the movable element 20. It appears as a single-phase AC signal with a phase determined by. When the mover 20 rotates and moves by the number of phases of the excitation electrode 11, a single-phase AC signal having the same phase as the first is generated, and when it further moves, the phase change is repeated.

したがって、励振電極11の特定の相の位相と検出した単相交流信号の位相の位相差に着目すると、上記結合電極の位置を前記励振電極群の配置周期を1周期としたときに位相差の0度から360度として検出することができ、その位相差の変化が何回繰り返されたかをカウントすることで360度以上の位置を把握できる。   Therefore, focusing attention on the phase difference between the phase of the specific phase of the excitation electrode 11 and the phase of the detected single-phase AC signal, the phase difference is determined when the position of the coupling electrode is set to one period of the excitation electrode group. It can be detected as 0 to 360 degrees, and a position of 360 degrees or more can be grasped by counting how many times the change in the phase difference is repeated.

移動子20の結合電極21で構成される検出電極で検出された単相交流信号は、移動子20に設けられた送信電極22と固定子10に設けられた受信電極14との静電誘導により、移動子20の送信電極22から固定子10の受信電極14に送信される。送信電極22と受信電極14とは非接触的に検出信号を伝達できる。なお、検出信号を移動子20から固定子10側に伝達する方法として静電誘導以外にもスリップリング、回転トランスによる方法もある。   The single-phase alternating current signal detected by the detection electrode constituted by the coupling electrode 21 of the mover 20 is electrostatically induced between the transmission electrode 22 provided on the mover 20 and the reception electrode 14 provided on the stator 10. Then, the signal is transmitted from the transmission electrode 22 of the mover 20 to the reception electrode 14 of the stator 10. The transmission electrode 22 and the reception electrode 14 can transmit a detection signal in a non-contact manner. As a method for transmitting the detection signal from the moving element 20 to the stator 10 side, there is a method using a slip ring or a rotating transformer in addition to electrostatic induction.

図3は固定子と移動子を備えた静電容量型位置検出器の概略構成図である。移動子20は図示省略した機構部により、結合電極21が配置された面が固定子10の励振電極11と所定の間隙を介して対向し、かつ移動子20と同心に回転可能に支持される。固定子10と移動子20の対向する面の間隙は、励振電極11の配置ピッチが例えば200μmだとすると、150μmから200μm程度に設定されるのが一般的である。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a capacitive position detector including a stator and a mover. The moving element 20 is supported by a mechanism (not shown) so that the surface on which the coupling electrode 21 is disposed faces the excitation electrode 11 of the stator 10 with a predetermined gap and is rotatable concentrically with the moving element 20. . The gap between the opposing surfaces of the stator 10 and the moving element 20 is generally set to about 150 μm to 200 μm when the arrangement pitch of the excitation electrodes 11 is 200 μm, for example.

励振回路30からの交流電圧である4相の各相A,B,C,Dが、A相給電部18a,B相給電部18b,C相給電部18c,D相給電部18dを介して固定子10の各相の通電導体12に接続され、給電導体13を介して固定子10の各相の励振電極11に互いに4分の1周期ずれた交流電圧が供給される。   The four phases A, B, C, and D, which are alternating voltages from the excitation circuit 30, are fixed via the A-phase power feeding unit 18a, the B-phase power feeding unit 18b, the C-phase power feeding unit 18c, and the D-phase power feeding unit 18d. The AC voltages connected to the current-carrying conductors 12 of the respective phases of the child 10 are supplied to the excitation electrodes 11 of the respective phases of the stator 10 via the feeding conductors 13 by a quarter period.

各励振電極11は各結合電極21と対向し静電容量結合するため、送信電極22には各励振電極11と各結合電極21との静電結合の度合いに応じた電圧の信号が現れる。さらに、送信電極22と受信電極14は対向しているため、同様に静電誘導により受信電極14に前記静電誘導の度合いに応じた電圧の信号が検出信号S2として現れる。検出信号S2は、励振回路30から励振電極11に入力される多相交流電圧と同じ周波数を有した単相の交流信号である。例えば、励振回路30の多相交流電圧の周波数が1MHzであれば検出信号も1MHzの単相交流信号となる。受信電極14で受信された検出信号S2は、検出信号出力部17から位相検出回路40に出力される。   Since each excitation electrode 11 faces each coupling electrode 21 and is capacitively coupled, a voltage signal corresponding to the degree of electrostatic coupling between each excitation electrode 11 and each coupling electrode 21 appears on the transmission electrode 22. Further, since the transmission electrode 22 and the reception electrode 14 are opposed to each other, a signal of a voltage corresponding to the degree of the electrostatic induction appears as the detection signal S2 on the reception electrode 14 by electrostatic induction. The detection signal S <b> 2 is a single-phase AC signal having the same frequency as the multiphase AC voltage input from the excitation circuit 30 to the excitation electrode 11. For example, if the frequency of the multiphase AC voltage of the excitation circuit 30 is 1 MHz, the detection signal is also a 1 MHz single-phase AC signal. The detection signal S2 received by the reception electrode 14 is output from the detection signal output unit 17 to the phase detection circuit 40.

そして、励振回路30から出力される4相交流電圧の1つの相の電圧を基準信号S1とし、この基準信号の位相と移動子20の送信電極22から送信され固定子の受信電極14で受信された検出信号S2の位相との位相差を位相検出回路40により検出する。基準信号S1と検出信号S2の位相差から、固定子10と移動子20の相対的な位置を求めることができる。図3では励振回路30のD相を基準信号S1とし検出信号S2との位相差を位相検出回路40で検出することが示されている。なお、基準信号S1は励振回路30のいずれか1つの相を選択すればよい。   The voltage of one phase of the four-phase AC voltage output from the excitation circuit 30 is used as a reference signal S1, and the phase of this reference signal is transmitted from the transmission electrode 22 of the moving element 20 and received by the receiving electrode 14 of the stator. The phase difference from the phase of the detected signal S2 is detected by the phase detection circuit 40. From the phase difference between the reference signal S1 and the detection signal S2, the relative positions of the stator 10 and the mover 20 can be obtained. FIG. 3 shows that the D phase of the excitation circuit 30 is the reference signal S1, and the phase difference from the detection signal S2 is detected by the phase detection circuit 40. The reference signal S1 may be selected from any one phase of the excitation circuit 30.

図4は、検出回路に入力する基準信号と検出信号の位相差を説明する図である。図示された位相差が固定子10と移動子20の相対的な位置関係(機械的な位相)によって変化する。図4に示されるように検出信号S2は基準信号S1に比較して位相差の分だけ遅れている。図4ではある瞬間における基準信号と検出信号との関係を示しており、両信号を連続して観察すると、移動子20が固定子10に対して停止している場合は前記位相差は変化せず、移動している場合は連続的に前記位相差が変化する。前記位相差は、固定子10の励振電極11と移動子20の結合電極21の結合度(換言すれば、相対的位置関係)に応じて0度〜360度まで変化する。また、移動の方向が反転すれば前記位相差の向きも変化する。   FIG. 4 is a diagram for explaining the phase difference between the reference signal input to the detection circuit and the detection signal. The illustrated phase difference changes depending on the relative positional relationship (mechanical phase) between the stator 10 and the movable element 20. As shown in FIG. 4, the detection signal S2 is delayed by the phase difference compared to the reference signal S1. FIG. 4 shows the relationship between the reference signal and the detection signal at a certain moment. When both signals are observed continuously, the phase difference does not change when the moving element 20 is stopped with respect to the stator 10. However, the phase difference continuously changes when the actuator is moving. The phase difference varies from 0 degrees to 360 degrees depending on the degree of coupling (in other words, the relative positional relationship) between the excitation electrode 11 of the stator 10 and the coupling electrode 21 of the moving element 20. Further, if the direction of movement is reversed, the direction of the phase difference also changes.

図5は本発明の概略ブロック図である。励振回路30からの出力信号である基準信号S1と静電容量型位置検出器100による検出信号S2はそれぞれ波形整形器32,33により波形整形される。波形整形されたそれぞれの信号は、積分式位相差測定回路51に入力され、積分式位相差測定回路51は電気角データを算出する。算出された電気角データは電気角−位置変換手段52により位置データに変換される。   FIG. 5 is a schematic block diagram of the present invention. The reference signal S1 that is an output signal from the excitation circuit 30 and the detection signal S2 by the capacitive position detector 100 are shaped by the waveform shapers 32 and 33, respectively. Each waveform-shaped signal is input to an integral phase difference measurement circuit 51, and the integral phase difference measurement circuit 51 calculates electrical angle data. The calculated electrical angle data is converted into position data by the electrical angle-position converting means 52.

図6は基準信号S1と検出信号S2の位相差を測定する積分式位相差測定回路51の概略構成図である。励振回路30の4相の励振電圧のうちの1つの相をリミッタアンプなどの波形整形器32により矩形波とされた基準信号S1(以下、単に「基準信号S1」という)とする。一方、静電容量型位置検出器100により検出された検出信号S2もリミッタアンプなどの波形整形器33により矩形波の検出信号S2(以下、単に「検出信号S2」という)とする。基準信号S1と検出信号S2の信号波形は図7に示される。このように特徴点は、基準信号S1と検出信号S2とを前述したようにリミッタアンプなどにより方形波に変換し、その立上がりか立下がりのタイミングを取ることで得られる(図8参照)。また、波形整形する前の基準信号S1と波形整形する前の検出信号S2をコンパレータ(図示省略)により所定のスレショールドレベルで二値化し、その0から1への遷移、または1から0への遷移を特徴点としてもよい(図8参照)。
また、波形整形する前の基準信号S1と波形整形する前の検出信号S2をAC結合回路を通して直流オフセットを除去した信号とし、この信号に対して、コンパレータなどにより信号波形が0Vレベルをマイナスからプラス、またはプラスからマイナスへ通過するゼロクロス点を特徴点としてもよい。
これらの方法により、それぞれの信号はその一周期に対して一点に定義される。さらに、基準信号S1の特徴点と検出信号S2の特徴点とは同じ方法で求めることに限定されず、上記の方法を組み合わせてもよい。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an integral phase difference measurement circuit 51 that measures the phase difference between the reference signal S1 and the detection signal S2. One phase of the four-phase excitation voltages of the excitation circuit 30 is defined as a reference signal S1 (hereinafter simply referred to as “reference signal S1”) that is converted into a rectangular wave by a waveform shaper 32 such as a limiter amplifier. On the other hand, the detection signal S2 detected by the capacitive position detector 100 is also converted into a rectangular wave detection signal S2 (hereinafter simply referred to as “detection signal S2”) by the waveform shaper 33 such as a limiter amplifier. Signal waveforms of the reference signal S1 and the detection signal S2 are shown in FIG. As described above, the characteristic point is obtained by converting the reference signal S1 and the detection signal S2 into a square wave by a limiter amplifier as described above and taking the rising or falling timing (see FIG. 8). Further, the reference signal S1 before waveform shaping and the detection signal S2 before waveform shaping are binarized at a predetermined threshold level by a comparator (not shown), and the transition from 0 to 1 or from 1 to 0 is performed. The transition may be a feature point (see FIG. 8).
In addition, the reference signal S1 before waveform shaping and the detection signal S2 before waveform shaping are made signals from which a DC offset has been removed through an AC coupling circuit. Alternatively, a zero cross point passing from plus to minus may be used as the feature point.
By these methods, each signal is defined as one point for one period. Furthermore, the feature points of the reference signal S1 and the feature points of the detection signal S2 are not limited to being obtained by the same method, and the above methods may be combined.

矩形波に成形された基準信号S1と検出信号S2は積分式位相差測定回路51に入力される。積分式位相差測定回路51ではまず時間ゲート回路510において時間ゲート信号S3を生成する。図7に示されるように、基準信号S1の立ち上がり時点から検出信号S2の立ち上がり時点までの間、時間ゲート信号S3は1となり他の時は0である。時間ゲート信号S3の「1」は有効を意味し、「0」は無効を意味する。なお、時間ゲート回路510の構成例を図11に示す。   The reference signal S <b> 1 and the detection signal S <b> 2 formed into a rectangular wave are input to the integral type phase difference measurement circuit 51. In the integral type phase difference measuring circuit 51, first, the time gate circuit 510 generates the time gate signal S3. As shown in FIG. 7, the time gate signal S3 is 1 from the rising time of the reference signal S1 to the rising time of the detection signal S2, and is 0 at other times. “1” of the time gate signal S3 means valid and “0” means invalid. Note that a configuration example of the time gate circuit 510 is shown in FIG.

時間ゲート信号S3が1である間、電流供給回路511はコンデンサ512に電流を供給し続ける。時間ゲート信号S3が「1」から「0」に変化すると、ホールド/サンプル回路513はコンデンサ512両端の電圧をホールドし、サンプリングして電圧の数値化を行う。数値化が完了するとホールド/サンプル回路513は、完了信号を放電回路514へ出力する。電流供給回路としては具体的にはCRD(Current Regular diode)やカレントミラー方式定電流回路などを用いることができる。再現性に着目し線形性は別途補正することにし、定電圧源と抵抗器により構成することもできる。これらのスイッチ素子には半導体スイッチ素子が使われ、特にFET素子が好適である。図9および図10に電流供給回路の例を示す。   While the time gate signal S3 is 1, the current supply circuit 511 continues to supply current to the capacitor 512. When the time gate signal S3 changes from “1” to “0”, the hold / sample circuit 513 holds the voltage across the capacitor 512, samples it, and digitizes the voltage. When the digitization is completed, the hold / sample circuit 513 outputs a completion signal to the discharge circuit 514. Specifically, a CRD (Current Regular diode), a current mirror type constant current circuit, or the like can be used as the current supply circuit. Focusing on reproducibility, the linearity can be corrected separately, and it can be constituted by a constant voltage source and a resistor. For these switch elements, semiconductor switch elements are used, and FET elements are particularly suitable. 9 and 10 show examples of current supply circuits.

ホールド/サンプル回路513が完了信号を出力すると、放電回路514は電流供給回路511に接続されていたコンデンサ512の一端をグランドにスイッチし、コンデンサ512に溜まった電荷を放電して空にする。放電が完了すると放電回路514は、前動作でグランドに接続したコンデンサ512の一端を電流供給回路511に再接続する。   When the hold / sample circuit 513 outputs a completion signal, the discharge circuit 514 switches one end of the capacitor 512 connected to the current supply circuit 511 to the ground, and discharges the electric charge accumulated in the capacitor 512 to make it empty. When the discharge is completed, the discharge circuit 514 reconnects one end of the capacitor 512 connected to the ground in the previous operation to the current supply circuit 511.

ホールド/サンプル回路513で数値化された電圧データをVc[V]とする。Vc[V]とは別に、電流供給回路511の回路設計と1励振周期の時間により決まるコンデンサ端子電圧であるVc360[V]を用意する。または1励振周期(電気角360度)に相当する時間だけ電流供給回路511の電流を当該コンデンサに充電し、結果の電圧をサンプルした値をVc360[V]としてもよい。   The voltage data digitized by the hold / sample circuit 513 is represented as Vc [V]. Separately from Vc [V], Vc360 [V], which is a capacitor terminal voltage determined by the circuit design of the current supply circuit 511 and the time of one excitation cycle, is prepared. Alternatively, Vc360 [V] may be obtained by charging the capacitor with the current of the current supply circuit 511 for a time corresponding to one excitation cycle (electrical angle 360 degrees) and sampling the resulting voltage.

上記Vc[V]とVc360[V]から電気角データを計算する。一例として、
電気角データ=360*(Vc[V]/Vc360[V])として得られる。ここで得られた電気角データは、説明の都合上、暫定電気角データS4と呼ぶ。
Electrical angle data is calculated from the above Vc [V] and Vc 360 [V]. As an example,
Electrical angle data = 360 * (Vc [V] / Vc360 [V]). The electrical angle data obtained here is referred to as provisional electrical angle data S4 for convenience of explanation.

次に、暫定電気角データS4は差分比較処理部517に入力される。差分比較処理部517は、2つのレジスタ(レジスタA516とレジスタB518)を使用して、被測定物の現在位置を求めるための処理を行う。差分比較処理部517は減算回路などを使用して構成することができる。また、差分比較処理部517は、前記暫定電気角データS4から前回暫定電気角データであるレジスタA516の値を引いた差の値を評価する。なお、差分比較処理部517はプロセッサによる処理、あるいは、回路構成により行うようにできる。   Next, the provisional electrical angle data S4 is input to the difference comparison processing unit 517. The difference comparison processing unit 517 uses two registers (register A516 and register B518) to perform processing for obtaining the current position of the object to be measured. The difference comparison processing unit 517 can be configured using a subtraction circuit or the like. Further, the difference comparison processing unit 517 evaluates a difference value obtained by subtracting the value of the register A516 that is the previous provisional electrical angle data from the provisional electrical angle data S4. Note that the difference comparison processing unit 517 can be performed by processing by a processor or a circuit configuration.

励振回路30による励振信号の周波数は被測定物の移動速度(回転速度)を考慮して決められている。電気角360度分の位置の変化に要する時間は、励振信号の1周期分より十分に長くなるように定められている。この条件の下では今回得られた電気角データと前記得られた電気角データの差分が電気角180度以上になるのは、移動により電気角1周期を跨いだ時にしか発生しない。
これに従い、1周期より大きい位置の変化量と1周期内の位置の変化量を以下のようにして求める。
The frequency of the excitation signal from the excitation circuit 30 is determined in consideration of the moving speed (rotational speed) of the object to be measured. The time required to change the position of the electrical angle of 360 degrees is determined to be sufficiently longer than one period of the excitation signal. Under this condition, the difference between the electrical angle data obtained this time and the obtained electrical angle data is 180 degrees or more only when the electrical angle spans one cycle due to movement.
Accordingly, the change amount of the position larger than one cycle and the change amount of the position within one cycle are obtained as follows.

1)前記差が−180度より大きく+180度のより小さい場合は、1周期内の位置を格納するレジスタA516に暫定電気角データS4を格納する。また、この場合は1周期を跨ぐ移動は行われていないと判断できるので、周期数を格納するレジスタB518の値は変更しない(両レジスタの初期値は共にゼロである)。
2)前記差が+180度以上の場合は、レジスタA516に暫定電気角データS4を格納し、レジスタB518に格納されているデータを1減算して格納する。
3)前記差が−180度以下の場合は、レジスタA516に暫定電気角を格納し、さらにレジスタB518のデータを1加算して格納する。
1) When the difference is larger than −180 degrees and smaller than +180 degrees, provisional electrical angle data S4 is stored in the register A516 that stores the position within one cycle. In this case, since it can be determined that the movement over one period has not been performed, the value of the register B 518 for storing the number of periods is not changed (the initial values of both registers are zero).
2) When the difference is +180 degrees or more, the temporary electrical angle data S4 is stored in the register A516, and the data stored in the register B518 is subtracted by 1 and stored.
3) When the difference is −180 degrees or less, the provisional electrical angle is stored in the register A516, and the data in the register B518 is further added by 1 and stored.

積分式位相差測定回路51は、電気角データとしてレジスタA516とレジスタB518の値を電気角−位置変換回路52に出力する。電気角−位置変換回路52は、電気角から位置(回転角度)への変換を行う。   The integral type phase difference measurement circuit 51 outputs the values of the register A516 and the register B518 to the electrical angle-position conversion circuit 52 as electrical angle data. The electrical angle-position conversion circuit 52 performs conversion from an electrical angle to a position (rotation angle).

励振電極群の1つが電気角360度に相当することに従い、励振電極群の配置数をNとすると被測定物の現在位置は計測開始よりも、(レジスタB)*360/N+(レジスタA)/N[度]だけ移動していることがわかる。   According to the fact that one of the excitation electrode groups corresponds to an electrical angle of 360 degrees, if the number of excitation electrode groups is N, the current position of the object to be measured is (register B) * 360 / N + (register A ) / N [degree].

図12は、電気角データ求める処理のアルゴリズムである。
●[ステップS1]電圧−電気角変換回路515から出力された暫定電気角データとレジスタAに格納された前回の暫定電気角データとの差dを算出する。
●[ステップS2]ステップS1で算出した差dが−180度より大きく+180度未満か判断し、結果が正の場合はステップS3に移行する。結果が偽である場合にはステップS5に移行する。
●[ステップS3]レジスタAに暫定電気角データを格納する。
●[ステップS4]位置データを算出する電気角−位置変換回路52に、電気角データとして、レジスタAに格納されているレジスタA値およびレジスタBに格納されているレジスタB値を出力する。
FIG. 12 shows an algorithm for processing for obtaining electrical angle data.
[Step S1] The difference d between the provisional electrical angle data output from the voltage-electrical angle conversion circuit 515 and the previous provisional electrical angle data stored in the register A is calculated.
[Step S2] It is determined whether the difference d calculated in Step S1 is greater than -180 degrees and less than +180 degrees. If the result is positive, the process proceeds to Step S3. If the result is false, the process proceeds to step S5.
[Step S3] The provisional electrical angle data is stored in the register A.
[Step S4] The register A value stored in the register A and the register B value stored in the register B are output as the electrical angle data to the electrical angle-position converting circuit 52 that calculates the position data.

●[ステップS5]ステップS1で算出した差dが−180度以下であるか判断し、結果が正である場合はステップS6に移行する。結果が偽である場合はステップS9へ移行する。
●[ステップS6]レジスタBに格納されているレジスタB値に1加算して格納する。
●[ステップS7]レジスタAに暫定電気角データを格納する。
●[ステップS8]位置データを算出する電気角−位置変換回路52に、電気角データとして、レジスタAに格納されているレジスタA値およびレジスタBに格納されているレジスタB値を出力する。
●[ステップS9]レジスタBに格納されているレジスタB値から1減算して格納する。
●[ステップS10]レジスタAに暫定電気角データを格納する。
●[ステップS11]位置データを算出する電気角−位置変換手段52に、電気角データとして、レジスタAに格納されているレジスタA値およびレジスタBに格納されているレジスタB値を出力する。
[Step S5] It is determined whether the difference d calculated in Step S1 is -180 degrees or less. If the result is positive, the process proceeds to Step S6. If the result is false, the process proceeds to step S9.
[Step S6] Add 1 to the register B value stored in the register B and store it.
[Step S7] The provisional electrical angle data is stored in the register A.
[Step S8] The register A value stored in the register A and the register B value stored in the register B are output as the electrical angle data to the electrical angle-position converting circuit 52 that calculates the position data.
[Step S9] 1 is subtracted from the register B value stored in the register B and stored.
[Step S10] The provisional electrical angle data is stored in the register A.
[Step S11] The register A value stored in the register A and the register B value stored in the register B are output as the electrical angle data to the electrical angle-position converting means 52 for calculating the position data.

固定子を説明する図である。It is a figure explaining a stator. 移動子を説明する図である。It is a figure explaining a mover. 静電容量型位置検出器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an electrostatic capacitance type position detector. 位相検出回路に入力する基準信号と固定子の受信電極で検出される検出信号の位相の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the phase of the reference signal input into a phase detection circuit, and the detection signal detected by the receiving electrode of a stator. 本発明の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of the present invention. 積分式位相差測定回路の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an integral type phase difference measuring circuit. 各部における信号波形を説明する図である。It is a figure explaining the signal waveform in each part. 特徴点を説明する図である。It is a figure explaining a feature point. 電流供給回路の例(その1)を示す図である。It is a figure which shows the example (the 1) of a current supply circuit. 電流供給回路の例(その2)を示す図である。It is a figure which shows the example (the 2) of a current supply circuit. 時間ゲート回路の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a time gate circuit. 電気角データを求める処理のアルゴリズムである。This is an algorithm of processing for obtaining electrical angle data.

符号の説明Explanation of symbols

S1 基準信号
S2 検出信号
S3 時間ゲート信号
S4 暫定電気角データ
S5 電気角データ
vc コンデンサ電圧
i 一定電流
v サンプル電圧
A A相
B B相
C C相
D D相
10 固定子
11 励振電極
12 通電導体
13 給電導体
14 受信電極
15 固定子の貫通孔
16 励振電極群
17 検出信号出力部
18a A相給電部
18b B相給電部
18c C相給電部
18d D相給電部
20 移動子
21 結合電極
22 送信電極
23 移動子の貫通孔
30 励振回路
32,33 波形整形器
40 位相検出回路
51 積分式位相差測定回路
510 時間ゲート回路
511 電流供給回路
512 コンデンサ
513 ホールド/サンプル回路
514 放電回路
515 電圧−電気角変換回路
516 レジスタA
517 差分比較処理部
518 レジスタB
52 電気角−位置変換回路
100 静電容量型位置検出器
S1 Reference signal S2 Detection signal S3 Time gate signal S4 Temporary electrical angle data S5 Electrical angle data vc Capacitor voltage i Constant current v Sample voltage A A phase B B phase C C phase D D phase 10 Stator
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Excitation electrode 12 Conducting conductor 13 Feeding conductor 14 Reception electrode 15 Stator through-hole 16 Excitation electrode group 17 Detection signal output part 18a A phase feeding part 18b B phase feeding part 18c C phase feeding part 18d D phase feeding part 20 Movable element
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Coupling electrode 22 Transmitting electrode 23 Through-hole of moving element 30 Excitation circuit 32,33 Waveform shaper 40 Phase detection circuit 51 Integral type phase difference measurement circuit 510 Time gate circuit 511 Current supply circuit 512 Capacitor 513 Hold / sample circuit 514 Discharge circuit 515 Voltage-electrical angle conversion circuit 516 Register A
517 Difference comparison processing unit 518 Register B
52 Electric Angle-Position Conversion Circuit 100 Capacitance Type Position Detector

Claims (3)

固定子と、該固定子に対向し相対移動する移動子とを備え、
前記固定子は、周期的に配置され互いに電気的に独立した複数の励振電極からなる複数組の励振電極群と、前記励振電極群と電気的に独立した受信電極を有し、
前記移動子は、前記励振電極群と対向して周期的に配置された複数の結合電極と、前記複数の結合電極の全てが電気的に接続される前記受信電極と対向して配置された送信電極とを有し、
前記移動子は前記励振電極群と同じ数の結合電極を有するものであり、
前記励振電極群の各励振電極にそれぞれ周波数が同一で位相の異なる励振信号を印加し、前記固定子と前記移動子の前記相対位置によって変化する前記受信電極により検出される検出信号と、前記励振電極に印加される励振信号のうちのいずれか1つである基準信号との位相差を測定する位相差測定回路と、
前記位相差測定回路によって測定された前記位相差に基づいて前記移動子の相対位置を検出する静電容量型位置検出器であって、
前記位相差測定回路は、
あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第1の場合に所定の電流の出力を開始し、あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第2の場合に電流の出力を停止する電流供給回路と、
前記電流供給回路からの電流を蓄えるコンデンサと、
上記第2の場合に前記コンデンサの端子間電圧をホールドおよびサンプリングし、サンプリング完了後に完了信号を出力するホールド/サンプル回路と、
前記ホールド/サンプル回路の完了信号により前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路と、
前記サンプリングにより得られた電圧データを位相差に相当する電気角データに変換し、暫定電気角データして出力する電圧−電気角変換回路と、
電気角データを格納するレジスタAとレジスタBの2つのレジスタと、
前記暫定電気角データと前記レジスタAに格納された前回の暫定電気角データとの関係を評価する差分比較処理部と、を有し、
前記差分比較処理部は、
前記位相差を数値的に取得する時間間隔に対して、移動子の速度の絶対値は、一つの励振電極群の1/2周期を前記時間間隔で除した値未満で使用される条件において、
前記暫定電気角データから前回の暫定電気角データを引いた差である電気角変化量が、−180度より大きく、+180度未満の場合は前記レジスタBに保持されているデータは更新されず、前記レジスタAに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、
前記電気角変化量が−180度以下の場合は、前記レジスタBに保持されているデータに1周期加算し、前記レジスタAに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、
前記電気角変化量が+180度以上の場合は、前記レジスタBに保持されているデータから1周期減算し、前記レジスタAに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、
前記レジスタAのデータを1周期内電気角データとして、また、前記レジスタBのデータを周期数データとして出力し、
前記位相差測定回路からの出力を位置のデータに変換する変換回路と、
を備えたことを特徴とする静電容量型位置検出器。
A stator and a movable element that moves relative to the stator;
The stator has a plurality of sets of excitation electrodes that are arranged periodically and are electrically independent of each other, and a receiving electrode that is electrically independent of the excitation electrodes.
The movable element includes a plurality of coupling electrodes periodically arranged to face the excitation electrode group, and a transmission arranged to face the receiving electrode to which all of the plurality of coupling electrodes are electrically connected. An electrode,
The moving element has the same number of coupling electrodes as the excitation electrode group,
A detection signal detected by the receiving electrode that changes depending on the relative position of the stator and the moving element, and an excitation signal having the same frequency and a different phase is applied to each excitation electrode of the excitation electrode group, and the excitation A phase difference measuring circuit for measuring a phase difference with a reference signal which is any one of excitation signals applied to the electrodes;
A capacitive position detector that detects a relative position of the moving element based on the phase difference measured by the phase difference measuring circuit;
The phase difference measuring circuit is
In the first case where the predetermined state of the reference signal and the detection signal is established, output of a predetermined current is started, and in the second case where the state of the predetermined reference signal and the detection signal is established A current supply circuit for stopping current output;
A capacitor for storing current from the current supply circuit;
A hold / sample circuit for holding and sampling the voltage across the capacitor in the second case and outputting a completion signal after completion of sampling;
A discharge circuit for discharging the charge accumulated in the capacitor in response to a completion signal of the hold / sample circuit;
A voltage-electrical angle conversion circuit that converts the voltage data obtained by the sampling into electrical angle data corresponding to a phase difference, and outputs temporary electrical angle data;
Two registers, register A and register B, for storing electrical angle data;
A difference comparison processing unit that evaluates the relationship between the provisional electrical angle data and the previous provisional electrical angle data stored in the register A;
The difference comparison processing unit
With respect to the time interval for numerically acquiring the phase difference, the absolute value of the speed of the moving element is used under a condition that is less than a value obtained by dividing 1/2 period of one excitation electrode group by the time interval.
If the electrical angle change, which is the difference obtained by subtracting the previous provisional electrical angle data from the provisional electrical angle data, is greater than −180 degrees and less than +180 degrees, the data held in the register B is not updated, Update the data held in the register A to the provisional electrical angle data,
If the electrical angle change amount is -180 degrees or less, add one cycle to the data held in the register B, update the data held in the register A to the provisional electrical angle data,
When the electrical angle change amount is +180 degrees or more, one cycle is subtracted from the data held in the register B, the data held in the register A is updated to the provisional electrical angle data,
The data of the register A is output as electrical angle data within one cycle, and the data of the register B is output as cycle number data.
A conversion circuit for converting the output from the phase difference measurement circuit into position data;
An electrostatic capacitance type position detector.
「有効」及び「無効」の意味を持つ2値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、
前記時間ゲート信号は、予め決められた基準信号の1周期内に1回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた前記検出信号の1周期内に1回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、
前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、
前記ホールド/サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型位置検出器。
A time gate circuit that outputs a binary time gate signal having the meanings of “valid” and “invalid”;
The time gate signal is a signal that becomes valid with a feature point that appears once in one cycle of a predetermined reference signal, and becomes invalid with a feature point that appears once in one cycle of the predetermined detection signal. ,
The current supply circuit is controlled to output a predetermined current when the time gate signal is valid,
The hold / sample circuit is controlled to perform a hold operation and a sampling operation when the time gate signal becomes invalid after the time gate signal becomes valid. Capacitive type position detector.
「有効」及び「無効」の意味を持つ2値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、
前記時間ゲート信号は、予め決められた前記検出信号の1周期内に1回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた基準信号の1周期内に1回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、
前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、
前記ホールド/サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型位置検出器。
A time gate circuit that outputs a binary time gate signal having the meanings of “valid” and “invalid”;
The time gate signal is a signal that becomes valid with a feature point that appears once in one cycle of the predetermined detection signal, and is invalid with a feature point that appears once in one cycle of a predetermined reference signal. ,
The current supply circuit is controlled to output a predetermined current when the time gate signal is valid,
The hold / sample circuit is controlled to perform a hold operation and a sampling operation when the time gate signal becomes invalid after the time gate signal becomes valid. Capacitive type position detector.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102425987A (en) * 2011-09-02 2012-04-25 重庆理工大学 Alternating electric field-based time grating angular displacement transducer
JP5417555B1 (en) * 2013-03-27 2014-02-19 ワイエスエレクトロニクス株式会社 Capacitance type level adjuster

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